Hiukkaset: tämä äärimmäisen harvinainen hajoaminen voisi mullistaa fysiikan

Harvinainen ilmiö on juuri havaittu CERNissä. Latautuneen kaonin hajoaminen pioniksi ja neutriinoiksi herättää tieteilijöiden mielenkiinnon.

Tämä harvinainen prosessi voisi avata uusia ovia tuntemattomiin fysikaalisiin ilmiöihin. NA62-koe on tämän löydön ytimessä.


Kaoni, alkeishiukkanen, hajoaa pioniksi, jota seuraa neutriino-antineutriinopari. Tämä ilmiö on niin harvinainen, että Standardimalli ennustaa vähemmän kuin yhden tapahtuman kymmenessä miljardissa kaonissa. Tämä alhainen todennäköisyys kiehtoo fyysikoita, koska se voisi paljastaa uutta fysiikkaa nykyisen ymmärryksemme ulkopuolella. NA62-tiimi on suunnitellut erityislaitteita tämän hajoamisen havaitsemiseksi.

Cristina Lazzeroni, professori Birminghamin yliopistosta, korostaa tämän havainnon merkitystä. Hänen mukaansa se on yksi harvinaisimmista koskaan rekisteröidyistä, ja sen varmuustaso saavuttaa kuuluisan "5 sigma" -tason. Tutkijoiden välinen yhteistyö on ollut ratkaisevaa näiden tulosten saavuttamiseksi.

Kaonit tuotetaan CERNin Super Proton Synchrotronin voimakkaalla protonisäteellä, ja ne eristetään toissijaisista hiukkasista koostuvassa säteessä, joka on suunnattu NA62-tunnistimeen. Tämä tunnistin mittaa kaonien hajoamistuotteita suurella tarkkuudella, erityisesti pioneja, jotka ovat ainoat havaittavat tuotteet.

Giuseppe Ruggiero Firenzestä muistuttaa, että tämä löytö on yli vuosikymmenen työn tulos. Hänen mukaansa tämän hajoamisen äärimmäisen alhainen todennäköisyys on tehnyt tehtävästä haastavan, mutta tulos on vaivannäön arvoinen.

Tiedot on saatu kokeista, jotka on suoritettu vuosina 2021–2022 teknisten parannusten jälkeen. Lisääntyneen säteen intensiivisyyden ja tarkemman analyysin ansiosta tiimi on voinut tunnistaa enemmän potentiaalisia signaaleja samalla kun mittausvirheitä on vähennetty.

NA62-tiimi keskittyy tähän hajoamisprosessiin, koska se on erityisen herkkä uusille fysiikan teorioille. Vaikka nykyiset tulokset vastaavat Standardimallin ennusteita, havaittu pieni nousu voisi viitata uusien hiukkasten olemassaoloon.

Seuraavat vuodet ovat ratkaisevia näiden uusien teorioiden olemassaolon vahvistamiseksi tai kumoamiseksi.

Mikä on Standardimalli hiukkasfysiikassa?

Standardimalli on teoria, joka kuvaa alkeishiukkasia ja niiden perusvuorovaikutuksia. Se kattaa kolme neljästä universumin perusvoimasta: sähkömagneettisen voiman, vahvan ydinvoiman ja heikon ydinvoiman. Gravitointi ei sen sijaan sisälly tähän.

Tämä teoria järjestää hiukkaset kahteen pääkategoriaan: kvarkit ja leptonit. Kvarkit muodostavat protonit ja neutronit, kun taas leptonit sisältävät hiukkasia, kuten elektronit ja neutriinot. Bosonit, kuten fotoni tai Higgsin bosoni, ovat vastuussa hiukkasten välisistä vuorovaikutuksista.

Vaikka Standardimalli on erittäin tehokas, se ei selitä kaikkea. Se ei sisällä gravitaatiota, pimeää ainetta tai tumman energian, mikä saa tiedemiehet etsimään uusia teorioita tämän mallin täydentämiseksi tai ylittämiseksi.

Mikä on kaonin hajoaminen?

Kaonin hajoaminen on prosessi, jossa kaoni, epävakaa alkeishiukkanen, muuttuu kevyemmiksi hiukkasiksi. Nämä muutokset seuraavat hiukkasfysiikan lakeja, erityisesti niitä, joita Standardimalli kuvaa. Kaoni voi hajoaa pioniksi, neutriinoksi ja antineutriinoksi.

Tämä prosessi on tärkeä, koska se tapahtuu erittäin harvoin. Itse asiassa vähemmän kuin yksi kaoni kymmenestä miljardista hajoaa tällä tavalla. Tutkijat ovat erityisen kiinnostuneita siitä, koska poikkeamat Standardimallin ennusteista voisivat paljastaa uusia hiukkasia tai tuntemattomia voimia.